第1章汽车的动力性

• 现代车身空气动力学研究结果表明，空气阻力系数值较小 的轿车车身具有以下一些特点， • 1、汽车头部的前端应尽量地低矮，且在俯视图中呈半圆 形。如果是直角形公共汽车的车身，则空气阻力系数值会 变大。
• 2、车身各部件交接处的过渡应圆滑，前风 窗与发动机罩的夹角为30-40 °左右时，空 气阻力系数最小。
• 虽然两台发动机的最大功 率及其相对应的转速相同， 所确定的最高车速也相同， 但由于外特性曲线形状不 同，显然外特性曲线 在相 同的档位下低速时有较大 的后备功率，使汽车具有 较好的加速能力和爬坡能 力。从转矩曲线也可看出， 外特性曲线的转矩值随车 速降低而增高的幅度较大， 这样不仅可以提高汽车克 服道路阻力和短期超负荷 能力，而且也可以减少换 档次数。
• 2）空气阻力 • 汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶 方向上的分力，称为空气阻力 。据测试， 一辆以每小时100公里速度行驶的汽车，发 动机输出功率的80％被用于克服空气阻力， 减少空气阻力，就能有效地改善汽车的行 驶经济性
• 空气阻力可分为压力阻力和摩擦阻力两部 分。压力阻力是作用在汽车外形表面上的 法向压力的合力在行驶方向上的分力。摩 擦阻力是由于空气的粘性在车身表面产生 的切向力的合力在行驶方向的分力。摩擦 阻力与车身的表面积及表面质量有关。
Ff Fi Fw Fj ≦ Ft ≦ F FZ
• 汽车的功率平衡 • 汽车行驶时，其驱 动力和行驶阻力是 相互平衡的，汽车 发动机输出功率和 汽车行驶的阻力功 率也总是平衡的。 在汽车行驶的每一 时刻，发动机发出 的功率始终等于机 械转动损失与全部 运动阻力所消耗的 功率。
• 3、 影响汽车动力性的主要因素 • 1）发动机性能参数的影响 • 发动机的最大功率、最大转矩及外特性曲 线的形状对汽车的动力性影响最大。发动 机外特性曲线的形状对汽车动力性有明显 的影响。
东风汽车爬坡 度试验场
50%爬坡试验场 60%爬坡试验
• 汽车驱动力平衡方程 • 汽车行驶时，作用于汽车的外力有驱动 力和行驶阻力，它们互相平衡。表示汽车 驱动力与行驶阻力之间关系的等式，称为 汽车的驱动力平衡方程：
Ft Ff Fi FW Fj
Ft为汽车的驱动力； Ff为汽车滚动阻力； Fi为汽车的坡道阻力； Fw为空气阻力； Fj为汽车的加速阻力。
Байду номын сангаас
对于松软的土壤来说，在卸载过程中土 壤恢复变形时放出的功甚少，大部分损 失在土壤微粒间的机械摩擦之中。它也 表现为阻碍车轮滚动的阻力偶
弹性轮胎的弹性迟滞 损失表现为阻碍车轮 滚动的一种阻力偶。
• 为了表达不同车辆的滚动阻力引入滚动阻 力系数的概念 • 滚动阻力系数是指在一定条件下，车轮滚 动所需的推力与车轮所受径向载之比，即 要使车轮滚动，单位车重所需的推力。故 车轮的滚动阻力等于车轮径向垂直载荷与 滚动阻力系数之乘积。即
从这两张丰田花冠上可以看到
• 整个车身应向前倾1°-2 °，这样可减少流 入车底部的空气量，使升力降低。在俯视 图上，汽车的中部应呈腰鼓形，并向后逐 渐收缩。汽车的侧面玻璃应尽量接近汽车 的外表面。
• 就轿车而言，沿汽车纵向的最大的横截面不宜过 分前移，以免造成气流提前分离。为了减小汽车 车身前后的压力差，采用逐渐缩小的非常长的尾 部是较理想的，但这样长的尾部不可能与汽车实 用度相适应
• 2、汽车的加速能力是指在行驶中迅速增加 行驶速度的能力。汽车的加速能力常用汽 车加速过程中的加速度、加速时间和加速 距离表述。它对汽车平均行驶速度影响很 大。
• 加速时间又分为原地起步加速时间和超车加速时间。原地 起步加速时表明汽车原地起步加速能力；超车加速时间是 指用最高档或次高档由某一较低车速全力加速至某一高速 所需的时间。因为汽车超车时与被超车辆并行，容易发生 安全事故，所以超车加速能力强，并行时间短，行驶就安 全。 • 超车加速能力还没有一致的规定，采用较多或的是用最高 档或次高档由的速度全力加速行驶至某一高速所需的时间。
• 汽车行驶的必要条件是：
Ft Ff Fi Fw Fj
Ft为汽车的驱动力； Ff为汽车滚动阻力； Fi为汽车的坡道阻力； Fw为空气阻力； Fj为汽车的加速阻力。
汽车行驶的驱 动-附着条件 汽车行驶的驱 动-附着条件是 ：汽车的驱动力 应大于汽车行驶 中遇到的各种阻 力之和，但驱动 力决不会大于汽 车的附着力
第一节汽车的动力性评价
• 从获得尽可能高的平均行驶速度的观点出 发，汽车的动力性主要由三方面指标来评 价：汽车的最高车速；汽车的加速能力； 汽车的最大爬坡度。
• 1、汽车的最高车速是指汽车以厂定最大总 质量状态在风速≤3m/s的条件下，在干燥、 清洁、平坦的混凝土或沥青路面上，汽车 能够达到的最高稳定行驶速度 • 显然，此时变速器应挂入最高档，发动机 节流阀全开或高压油泵在最大供油位置。
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• 汽车的行驶阻力 • 汽车的行驶阻力包括滚动阻力、空气阻力、 加速阻力和坡度阻力。 • 1）滚动阻力 • 一般而言，车轮滚动的能量损失由三部分 组成，即消耗于轮胎变形和路面变形的能 量损失以及轮胎与支承面间的摩擦损失。 滚动阻力系数是概括轮胎变形、道路变形 以及接触面上的摩擦等损失的系数，滚动 阻力系数与路面的种类、行驶车速以及轮 胎的构造、材料、气压等有关。
• 传动系的机械效率 • 传动系损耗功率主要 包括变速器、传动轴 万向节和主减速器等 的功率损失。损耗功 率主要形式包括液力 损耗和机械摩擦损耗。 液力损耗,如搅动和磨 擦,它与润滑油的品种、 温度、转速、油面高 度等有关。
• 车轮半径 • 车轮半径分为自由半径、静力半径和滚动半 径。车轮无载荷时按规定气压充好气时的半 径称为自由半径。汽车轮静止不动并充好气 时，车轮中心至轮胎与道路接触面之间的距 离称为静力半径。车轮满载行驶中，按车轮 转过的圈数n和驶过的距离S，按照下列公式 计算出来的半径称为滚动半径或动力半径。
第二节汽车的驱动力和行驶阻力
• 1、汽车的驱动力 • 汽车驱动力是汽车行驶时克服各种阻力推动汽车前进的作 用力。是由发动机的扭矩经传动系变速后传至驱动轮上所 得到的。 • 其数值为：
• 影响驱动力的因素：
• 发动机的速度特性 • 发动机速度特性，是指发动机功 率Pe 、转矩Ttq 、燃料消耗率be （也称为比油耗）与发动机曲轴 转速ne 的函数关系曲线，通常 称为发动机速度特性曲线，或简 称为发动机速度特性。发动机油 门部分开启条件下的速度特性， 称为发动机部分速度特性。发动 机油门全开（即加速踏板最大行 程）条件下的速度特性，称为发 动机外速度特性。
• 3）汽车使用因素的影响 • 使用因素对汽车动力性有重要影响，一辆 动力性良好的汽车，若长期使用、保养和 调整不当，就可能降低发动机输出的有效 功率和传动系的机械效率，从而使汽车的 动力性变坏。 • 发动机的技术状况是保证汽车动力性的关 键。 • 汽车底盘的技术状况直接影响传动系的机 械效率。
• 汽车的底部最好采用平滑整体的底板，并 尽量避免凸起的零部件露在底板之外。底 板从车身中部或从后轮以后向上稍稍升高， 这样可顺利地引导车身底部的空气流流向 尾部，减少在车尾后部形成的涡流。
• 对于厢式车身结构的客车，应具有圆滑的 拐角。对于货车，应尽量使后部的车厢与 前部的驾驶室等宽。带有闭式车厢的平头 驾驶室，风窗与水平面的夹角不可太小， 半挂车的牵引车驾驶室上应安装导流板等 装置。
• 降低空气阻力因数（在前面已讲略） • 汽车总质量对汽车动力性影响很大。汽车在使用 过程中，其总质量的大小随运载货物和乘客的多 少而变化。由分析汽车行驶阻力知，除空气阻力 外，其他行驶阻力都与汽车总质量成正比。如其 他因素相同，动力因数则与汽车总质量成反比。 可见增加汽车总质量，会使其动力性变坏。减轻 汽车自身质量是降低汽车总质量的有效途径，这 是现代汽车越来越广泛地采用轻金属材料和非金 属材料的主要原因。减轻汽车自身质量不仅可提 高汽车的动力性，而且对改善汽车燃油经济性也 有十分重要的意义。
• 压力阻力又分为以下四个部分： • 形状阻力：汽车行驶时，其正面的气流和 后部产生的涡流等所引起的车身前后的压 力差，所以又称为压差阻力。汽车车身主 体和各个表面的形状及交接处的转折方式 是影响形状阻力的主要因素。试验表明， 对车身断面进行仔细设计，可以使形状阻 力减少一半。
• 干扰阻力：由汽车表面凸起物引起气流干 扰而产生的阻力。对干扰阻力影响较大的 有不平滑的头灯、车门把手、前牌照、前 保险杠、风窗上部的帽沿、排水槽、后视 镜、外凸的门铰链、天线等一些构件，以 及凸出于车身底座以下的底盘部分，如车 轴、各种拉杆等。
• 3、最大爬坡度：汽车的上坡能力是用汽车 能爬上的最大坡度来表示，即满载时用变 速器最低档在良好的路面上能爬上的最大 道路坡度。
• 轿车的最高车速高，发动机功率大，经常在较好 的路面上行驶，所以一般不强调它的爬坡能力。 货车在各种路面上行驶，要求它具有足够的爬坡 能力，一般为30%（16°左右）。越野汽车要在 各种坏路或无路条件下行驶，对爬坡能力要求更 高，它的最大爬坡度可达60%（30°）或更高。
• 轮胎的尺寸与结构对汽车的动力性也有影响。对某一 种型号汽车而言，其驱动力与车轮半径成反比，而行 驶速度与车轮半径成正比。显然，车轮半径的大小， 对汽车动力性的不同评价指标是存在矛盾的。目前， 在良好路面上行驶的汽车，车轮半径有减小的趋势。 轮胎尺寸减小，可降低汽车自身质量，在附着系数较 大的良好路面上，可增大驱动力，同时也降低了汽车 的质心高度，从而提高了汽车的行驶稳定性。在发动 机转速和功率允许的情况下，可用减小主减速器传动 比来提高汽车的行驶速度。经常在软路面或坏路上行 驶的越野汽车，由于其行驶速度不高，要求轮胎尺寸 大些，主要是为了增大轮胎与路面间的附着能力和离 地间隙，以利于提高越野汽车的通过性能。
• 为了减少汽车发动机冷却和车身内部通风 所引起的空气阻力，应将空气引向散热器 及通风系统的进气孔布置在汽车前脸和前 风窗下部正压力较大的部位。出气孔最有 利的位置则是发动机罩前端、车顶和侧面 后部等负压力较大的地方。